2. KAVRAMSAL ÇERÇEVE LG ARA TIRMALAR
2.15. Telif Haklar ve ntihal Kavram
Definimos zona de transição como a região entre materiais diferentes ou fases distintas, entre os quais existe uma superfície de contato denominada interface, onde estão presentes alguns tipos de ligações. Podemos considerar vários tipos de interfaces no concreto (MONTEIRO, 1985):
- interfaces entre as várias fases que compõem a matriz de cimento; - interfaces entre a matriz de cimento e os materiais pozolânicos; - interfaces entre a matriz de cimento e os agregados;
- interfaces entre a matriz e as barras de armadura;
- interfaces entre a matriz de cimento e as fibras que estiverem presentes nos concretos especiais.
Geralmente, a interface de maior interesse é aquela entre a matriz de cimento e o agregado graúdo, que no caso deste trabalho é a argila expandida.
Parece haver um consenso entre os diversos pesquisadores, de que as regiões de interface constituem pontos fracos na estrutura do concreto e que, além disso, essas regiões influenciam claramente na resistência mecânica, aderência, módulo de ruptura, rigidez a flexão e permeabilidade desse material. Por outro lado, ainda não se sabe até que ponto as propriedades do concreto podem ser melhoradas por meio de incrementos na performance da ligação pasta agregado.
Analisando a microestrutura do concreto, pode-se obter informações importantes a respeito da zona de transição entre o agregado graúdo e a matriz da argamassa de cimento, tais como: fases formadas, porosidade e microfissuras presentes; características que influenciam de forma significativa diversas propriedades do concreto.
Ensaios em corpos de prova cilíndricos de concreto, submetidos à tração por compressão diametral, demonstram que em concretos com agregado leve a seção de ruptura passa através desse agregado, devido à maior resistência da zona de transição e da argamassa que o envolve, como pode ser visto na Figura 3.7a. Por outro lado, em concretos convencionais, o agregado graúdo é mais denso e resistente, e a fratura contorna esse agregado passando pela zona de transição e pela matriz de cimento, ilustrado na Figura 3.7b. (MEHTA e MONTEIRO 1994).
(a) Concreto leve (b) Concreto convencional Figura 3. 7 – Seção de ruptura por compressão diametral.
Foi descoberto que as diferenças na resistência do concreto não podem ser sempre relacionadas a diferenças na resistência do agregado. Estas podem ser relacionadas a processos físicos e químicos na interface, que tem uma influência na resistência total. O processo físico, identificado na interface, foi a densificação na zona de transição. O processo químico foi associado com a atividade pozolânica do pó do agregado e deposição do CH nas cavidades do agregado. Este processo começa efetivamente apenas depois de 28 dias.
Uma importante característica do agregado leve é sua boa aderência com a argamassa de cimento que o envolve. Isto é conseqüência de vários fatores (COUTINHO, 1988): Em primeiro lugar, a textura áspera da superfície de muitos agregados leves resulta em um intertravamento mecânico com a argamassa de cimento. De fato, muitas vezes, ocorre uma certa penetração da pasta de cimento para o interior dos poros abertos na superfície das partículas de agregado graúdo.
Em segundo lugar, os módulos de elasticidade das partículas de agregado leve e da pasta de cimento não são muito diferentes. Como conseqüência, não são introduzidas tensões diferenciais entre os dois materiais quando as cargas são aplicadas ou por variações térmicas ou higroscópicas.
Em terceiro lugar, a água absorvida pelo agregado no momento da mistura se torna, com o tempo, disponível para a hidratação do cimento anidro remanescente. Como boa parte dessa hidratação adicional ocorre na região da interface agregado – pasta, torna-se mais forte a aderência entre o agregado e a matriz.
Na zona de transição ocorrem ligações entre as fases, e mesmo que o cimento e o agregado graúdo tenham, individualmente, resistências elevadas, a resistência do concreto poderá ser bem menor caso a zona de transição tenha menor resistência.
Segundo COUTINHO (1988), em qualquer fenômeno de aderência, os principais tipos de ligações presentes na interface agregado graúdo e argamassa de cimento são:
a) Ligação física – está relacionada às causas mecânicas como: forma e rugosidade do agregado, em nível macroscópico; porosidade e absorção superficial do agregado, em nível microestrutural. Está ainda relacionada às forças eletrostáticas (forças de Van der Waals) entre a matriz de argamassa de cimento e a superfície do agregado. b) Ligação epitáxica - Ligação regular entre cristais da matriz de argamassa de cimento
e cristais do agregado graúdo, formando uma continuidade entre essas estruturas com ou sem formação de solução sólida.
c) Ligação química - Aderência devido às reações químicas entre os produtos de hidratação do cimento e a superfície do agregado graúdo.
É importante ressaltar que essas ligações não ocorrem isoladamente, pois um tipo de ligação pode ser conseqüência de outra forma de ligação, que se interagem, resultando na aderência entre agregado e matriz de cimento. Na figura 3.9. são ilustradas três formas de interações ou formas de ligações entre a matriz de cimento e o agregado graúdo. 1) Interação Física Agregado Agregado Agregado Matriz Matriz Matriz 2) Interação Físico-Química 3) Interligação Mecânica Camada Interfacial Camada de Difusão Contorno definido
Figura 3. 8 – Formas de interações entre matriz de cimento e o agregado.
Fonte: ZANG e GJ
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RV (1990)1 - Interações Físicas: para o caso de agregados com uma superfície mineral lisa (ex. quartzo) e sem interações químicas com a matriz, a resistência da ligação pode ser desconsiderada, mesmo que a matriz seja resistente. A interface, neste caso, representa a ligação mais fraca do sistema.
2 - Interação Físico Química: através de interações químicas, podem ser desenvolvidas fortes ligações químicas entre agregado graúdo e a matriz de cimento.
3 – Interação Mecânica: para agregados porosos ou com uma superfície rugosa, a pasta de cimento ou produtos da sua hidratação podem penetrar dentro das cavidades ou poros da superfície do agregado. Desta forma, multiplica-se a aderência dos agregados à matriz da argamassa.
Acredita-se que a interface entre agregados leves e argamassa de cimento é caracterizada por uma interligação mecânica em combinação com uma interação química na forma de reação pozolânica (ZANG e GJ
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RV, 1990).De acordo com MASO apud METHA e MONTEIRO (1994), no estado fresco do concreto, forma-se, ao redor dos agregados graúdos, um filme de água que pode levar a uma maior relação água/cimento nas proximidades do agregado graúdo do que na matriz da argamassa de cimento.
“...os íons de cálcio, sulfato, hidroxila, e aluminato formados pela dissolução dos compostos de sulfato de cálcio e de aluminato de cálcio, combinam-se para formar a etringita e hidróxido de cálcio. Devido à relação água /cimento elevada, estes produtos cristalinos vizinhos ao agregado graúdo consistem de cristais relativamente grandes, e consequentemente formam uma estrutura mais porosa do que na matriz da pasta de cimento ou na matriz da argamassa. Os cristais em placa de hidróxido de cálcio tendem a formar-se em camadas orientadas, por exemplo, com o eixo perpendicular à superfície do agregado. Finalmente, com o progresso da hidratação, o C-S-H pouco cristalizado e uma segunda geração de cristais menores de etringita e de hidróxido de cálcio começam a preencher os espaços vazios entre o reticulado criado pelos cristais grandes de etringita e de hidróxido de cálcio. Isto ajuda a aumentar a densidade e, consequentemente, a resistência da zona de transição.”
A Figura 3.9 ilustra a zona de transição entre o agregado graúdo e a argamassa de cimento, bem como a distribuição das principais fases presentes.
Partícula de
Cimento
Transição
Matriz de Cimento
Figura 3. 9 - Zona de transição entre o agregado graúdo e a argamassa de cimento.
Nas idades iniciais, o volume de vazios presentes na zona de transição é maior do que no interior da pasta, devido a uma película de água que se forma ao redor do agregado graúdo, aumentando a relação água/cimento. Desta forma, o crescimento de cristais nessa região encontra pouca oposição, pois tem-se uma solução fracamente saturada e o tamanho e a concentração dos compostos cristalinos, tais como o hidróxido de cálcio e a etringita, aumentam na zona de transição. Os cristais grandes de hidróxido de cálcio (portlandita), formam planos de clivagem preferencial que facilitam o surgimento de fissuras. Tais efeitos são responsáveis pela resistência da zona de transição, em geral, mais baixa do que a da matriz da argamassa de cimento no concreto (METHA e MONTEIRO, 1994).
NEVILLE (1982) afirma que “essas fissuras permanecem estáveis até cerca de 30% da carga limite e a partir desse valor, começam a aumentar em comprimento e espessura. Entre 70% e 90% da resistência final, as fissuras se interligam de modo que se forma um sistema contínuo de fissuras”. Mantendo-se as tensões, ocorre uma propagação rápida das fissuras, culminando com a ruptura do concreto.
É necessário um nível de energia maior para a formação e propagação das fissuras na matriz da argamassa de cimento, sob carga de compressão, enquanto que, sob a carga de tração, as fissuras propagam-se rapidamente a um nível de tensão muito menor. “É por esta razão que o concreto rompe de modo frágil à tração, mas é relativamente dúctil à compressão”, motivo pelo qual a resistência à compressão do concreto é uma ordem de grandeza maior do que a resistência à tração (METHA e MONTEIRO, 1994).
PERRY e GILLOTT apud COUTINHO (1988), citam que a rugosidade superficial do agregado graúdo tem maior influência na redução das tensões de início de propagação das fissuras do que na resistência final.
Para um corpo homogêneo sob um estado simples de tensões, as trajetórias das tensões são linhas retas ou curvas simples. No concreto, devido à presença dos agregados, as superfícies de contato entre agregado e a matriz de argamassa podem formar todos os ângulos possíveis com a direção das forças externas. Como resultado, as tensões localizadas variam significativamente acima ou abaixo da tensão nominal aplicada (NEVILLE, 1982).
Segundo METHA e MONTEIRO (1994), “com o aumento da idade, a resistência da zona de transição pode tornar-se igual ou mesmo maior do que a resistência da matriz” quando são utilizados agregados silicosos, que formam produtos como silicatos de cálcio hidratado durante a hidratação. No caso de agregados de calcário, as reações químicas de hidratação formam carboaluminatos hidratados, que cristalizam-se nos vazios da zona de transição contribuindo para sua resistência.
Segundo ZANG e GJ
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RV (1990), um estudo russo apresentado por KHOKHRIN, utilizando microscopia eletrônica de varredura, revelou a formação de novas fases químicas na zona de transição entre a argila expandida e a matriz da argamassa de cimento. O estudo confirmou constatações anteriores, a partir de observações das micrografias dos agregados de argila expandida obtidas antes e depois da imersão em uma solução saturada de cal, mostrando evidências da reação química.De acordo com FAGERLUND apud ZANG e GJ
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RV (1990), as propriedades da zona de transição podem melhorar devido a um efeito de “filtração” da pasta de cimento (viscosa), onde apenas a água entra no agregado. Isto promoveria uma relativa impermeabilização ao redor dos poros externos do agregado leve, e poderia minimizar o ingresso de água, proporcionando um efeito de enrijecimento da interface.Segundo KHOKHRIN apud ZANG e GJ
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RV (1990), testes de microdureza na zona de transição entre agregado leve e a argamassa de cimento indicaram uma espessura de aproximadamente 60µm e uma resistência entre 9MPa e 15MPa para a zona de transição, enquanto que para a resistência da matriz da argamassa de cimento foram obtidos valores entre 6MPa e 8MPa.De acordo com WASSERMAN e BENTUR (1996), devido aos processos físicos/químicos que ocorrem na zona de transição, a resistência à compressão do concreto leve pode aumentar entre 20% e 40%.